钢铁冶金工程如何实现数字化交付？

近年来，国家不断推出各项政策推动数字化技术发展与应用。2020年9月，国务院国资委正式印发了《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》，就推动国有企业数字化转型做出全面部署，强调了进一步强化数据驱动、集成创新、合作共赢等数字化转型理念，要建设基础数字化技术平台，以技术赋能，全面推进数字产业化发展。

2015年，工业和信息化部、国家标准化管理委员会联合发布了《国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）》（以下简称《指南》），其中智能工厂部分包含建设规划、系统集成、智能管理、智能生产等，并未包含数字化相关内容。2018年，发布了新版本的《指南》，智能工厂部分加入了智能工厂的设计、建造和交付标准，其中数字化交付成为智能工厂交付的关键标准，主要内容包括交付内容、深度要求、流程要求等交付标准，从而确保建成的智能工厂达到预定建设目标，交付数据资料满足智能工厂运营维护要求。2021年，再次更新《指南》，专注于智能工厂设计和智能工厂交付，数字化交付依然是智能工厂的关键技术。从《指南》的历年变更中，可以看出，推进智能制造，数字化是智能化的基础，推进钢铁行业数字化转型，其关键是工程的数字化交付。

但是，目前工程公司仍是以卷册形式向生产企业交付工程资料，工程设计、建造期的信息数据无法被生产企业的生产、运维、MES、PCS等系统直接利用，即工程交付存在信息屏障，隔断了数据信息的传递，造成人力及数据资源的极大浪费，这是目前钢铁行业数字化转型中的行业困境。解决这一困境的关键在于实现工程建造期的数字化交付，建立工厂的数字地图，实现工程数据“数字化档案馆”形式的集中交付。

数字化交付概念

数字化交付目标为实现工程数据“数字化档案馆”形式的集中交付，建立起工厂的数字地图。如何建立工厂数字化地图，可以借鉴百度地图、高德地图等电子地图的构建。通过电子地图，我们可以查看某个场所的名称、地点、附近的美食、酒店信息等，并且显示的信息根据场所类别有所不同，比如酒店显示的信息为房型、价格，饭店显示的信息为菜品、人均消费，住宅显示的信息为房价等。实际上，电子地图中的每个场所、每个建筑在后台都是一个POI点（即“信息点”），通过POI点定义了名称、位置信息、类别信息、属性信息（附近的酒店饭店商铺等信息）。

对于一家钢铁生产企业，包含众多的生产线与能源公辅系统，每条生产线包含若干生产设备，每台设备又需要供电、供水、供气，生产线设备与各能源公辅系统交织组成了一张工厂大网。建立工厂的数字地图，首先要定义每个工厂对象的位置信息，包括工厂的空间物理位置与系统位置；其次要建立工厂对象的分类，不同的类别建立不同的属性定义规则；最后要保证工程建造期属性信息传递的唯一性与准确性，将属性信息通过代码化表达，建立工厂物料编码规则。

数字化工厂的数据基础

目前，建立工厂三维地图的数据基础包括：工厂对象的位置、分类及属性定义。冶金工厂是多生产单元、多系统交叉的网状结构，很难将每个工厂对象的位置信息准确表达。目前做法是对工厂逐层分解至生产单元、车间，车间内生产线分解至分区、机组、子机组、成套设备、设备单体，车间内系统分解至子系统、单体。如此，通过空间分解确定生产线设备唯一位置，通过系统分解确定公辅系统设备唯一位置。即根据空间布置或工艺流程，按照一定的分类原则和编码体系进行组织，形成反映工厂对象的树状结构，这个树状结构称之为工厂分解结构（PBS），工厂分解结构中的每个节点都是一个工厂对象，把这个节点按分类原则进行代码化表达，就是工厂位置标识码。

通常一个工厂对象具有十余条乃至数十条属性，确保这些属性信息在工程设计、采购、建造、交付直至运维的各阶段间传递的完整性与准确性是一个难点。如果将这些属性按照一定的规则进行分类并代码化表达，这样，无论有多少条属性信息都会简化成一条物料编码属性，那么，工程周期各阶段仅需要保证物料编码的正确传递就可以了。

根据功能或结构等特征对工厂对象分类，同类别的工厂对象具有相同的属性定义，不同的分类具有不同的属性定义，关联不同的文档，描述工厂对象的分类、属性、专业文档类型及其关联关系，称之为工厂对象类库。冶金工厂对象一般可分为工艺设备、公辅设备、电气设备、仪器仪表、通信与计算机、起重运输设备、总图、管线、其他设备等。类库具有父子继承关系，子类将继承父类的属性。

工厂标识码、物料分类及属性、类库构成了数字化交付的数据基础。其中，标识码是工厂对象的唯一标识，物料编码是工厂对象属性的标准化表征，类库是工厂对象的数据组织结构。

数字化交付的数据组织

数字化交付内容包括三维模型、数据及文档。目前，三维模型的生产方法包括正向设计建模、二维图纸翻模、倾斜摄影实景建模、三维激光扫描建模等方法，但无论采用哪种方法建模，首先应确保工厂对象单体的独立性，可被独立识别并可赋予属性。其次，模型应根据PBS进行组织，最重要的是模型中应附带编码，包括标识码与物料编码。对于正向设计，钢铁设计专业多、软件杂，难以建立统一的赋码机制，可开发编码管理平台提供统一编码规则的数据服务，设计软件与编码平台进行数据集成，实现设计过程的自动赋码，从而在设计阶段为工程注入数字化基因，成为数字化工厂的起点。

文档包括设计、采购、施工等阶段产生的图纸、数据表、规格书、记录表等。其中，图纸包括工艺布置图、设备布置图、工艺流程图、管道轴测图、各种系统图、管道布置图、电缆布置图等各种施工图，设备总装图，安装图，易损件、操作更换件零件图等设备设计图；数据表包括设备表、管道表、仪表索引表等索引类数据表，设备数据表、仪表数据表、电气数据表、阀门规格书等数据表；规格书包括设备说明书、维修手册、使用手册等各种设备技术文件；记录表包括各种施工安装记录、试验记录、试运行记录、验收报告等。以上文档应设置统一的文件编号规则，能够通过编号解析文档分类、用途、来源等信息，以满足后期数字资产多维度查询功能，文件编号应包含标识码字段，以便自动建立与工厂对象之间的关联关系。

一般来讲，项目由设计单位、供应商单位、施工单位等多方参与共同完成，数字化交付的内容也应包含项目所有参与方在各阶段产生的数据、文档，需要构建完整的项目信息管理系统，才能实现各参与方、各阶段信息的不断有序汇集。

所有的模型、数据，都汇聚到数字化交付平台中，形成可表达工厂对象及其关联关系的“网状数据”结构，从而实现实体物理工厂的数字重构，依托交付平台实现工程信息“数字化档案馆”形式的集中交付。基于交付平台，可将一座工厂逐层分解至每一个工厂对象，每个节点都挂接了相应的属性信息及文档。

交付平台应具备如下基本功能：BIM模型解析功能，可将不同格式模型文件的三维形体与属性信息完整获取；数据组织管理功能，可按项目要求配置交付标准，包括标识码规则，类库规则，可按项目交付标准组织项目数据；轻量化三维图形引擎功能，交付平台应具有联合工厂级的模型承载能力以及较快的模型加载速度。可扩展功能，交付平台预留工厂EMS、ERP及MES等数据接口，实现工程建造信息到运维系统的无缝衔接，平台具备自动更新能力，可获取存量平台的资产更新信息，保证虚拟资产与现实资产的一致性。

基于上述基本功能，交付平台应具有一定的数据查询与应用功能，包括二、三维可视化工厂信息的浏览、综合查询、检索和测量，全局模式、PBS分区模式、系统模式、角色模式等多种信息检索、分类查找以及多条件搜索功能，支持PC端和手机等移动端浏览器查阅项目资料的功能等。

数据基础建设、数据标准化治理是数字化交付的重要基础工作，钢铁工厂从设计、供货、施工安装到运维，参与方众多，数字化编码各成系统，应建立一套统一的数字化编码标准，构建工厂数字化描述的共通语境，打造钢铁数字化产业生态圈，推进行业数字化转型升级发展。

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